Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

122 Lösungen den ein kontinuierliches Spektrum, glühende Gase (Neonlampen) ein Linienspektrum aus. 14.2 Ein Emissionsspektrum erreicht man, wenn man einen Körper durch Energiezufuhr zur Lichtaussendung anregt (Erwärmen, elektri- sche Entladungen, ...) 14.3 Man hält eine kleine Menge Kochsalz zum Bei- spiel mit der Messerspitze in eine entleuchtete Gasflamme (ausreichende Sauerstoffzufuhr!). Es tritt eine deutliche Gelbfärbung ein. Beob- achtet man einen bunten Gegenstand im Licht der gelben Gasflamme, so erscheint er ziem- lich fahl, da er nur mehr Licht in verschieden hellen Gelbtönen reflektieren kann. 15.1 Deutlich erkennbar sind Ca- und H-Linien (vgl. mit den Fraunhoferlinien des Sonnenspekt- rums). 16.1 Kinetische Energie eines Fußballs, Lageenergie eines Steines, Spannungsenergie einer Feder, innere Energie eines Kochtopfes, Energie eines gefüllten Benzintanks, ... 16.2 Tropfen eines Wasserhahnes, Bezahlen von Werten (etwa in 2 c- oder 1 €-„Sprüngen“). 17.2 Aus D E = h . f ergibt sich f ≈ 9,7 . 10 14 Hz, das entspricht einer Wellenlänge von etwa 3,1 . 10 –7  m = 310 nm, das Licht ist unsichtbar (UV-Bereich). 19.2 D E = 2,5 eV 19.3 Aus der Energie des Grundzustandes er gibt sich D E ≈ 13,6 eV ≈ 2,2 · 10 –18 J, f ≈ 3,3 · 10 15 Hz, m ≈ 91 nm (UV-Bereich). 19.4 f ≈ 5,1 · 10 14 Hz, m ≈ 589 nm (gelb). 24.2 Der relativeFehler der Längenmessungbeträgt etwa 4 · 10 –10 . Es sind 10 signifikante Stellen bei der Angabe der Entfernung Erde–Mond mög- lich. Lösungen zu Kapitel 14 26.1 Der Mond kann von den frühen Nachmittags- stunden (abnehmender Mond) bis zu den spä- ten Vormittagsstunden (zunehmender Mond) beobachtet werden. Die Erde steht bei einer Mondfinsternis zwischen Sonne und Mond; daher erscheint der Mond vor und nach der Finsternis als Vollmond. 29.1 F = G · M · m / r 2 = 6,67 · 10 –11 · 5,97 · 10 24 · 10 2 /(6,37 · 10 6 ) 2 N = 981 N 29.2 F = 6,67 · 10 –11 · 6 · 10 24 · 7 · 10 22 /(3,8 · 10 8 ) 2 N = 2 · 10 20 N 29.3 F = 6,67 · 10 –11 · 2 · 10 30 · 7 · 10 22 /(1,5 · 10 11 ) 2 N = 4 · 10 20 N Die Anziehungskraft zwischen Sonne und Mond ist etwa doppelt so groß wie die An- ziehung zwischen Erde und Mond (die äu- ßeren Planeten können zahlreiche Monde an sich binden, weil die Anziehung zwischen den Monden und der Sonne viel kleiner ist). Tatsächlich „kreist“ der Mond um die Sonne, schneidet aber die Erdbahn etwa 27-mal pro Jahr. 29.4 Die Beschleunigung der Erde ist aufgrund ih- rer großen Masse unmessbar klein. 29.5 F = 6,67 · 10 –11 · 5,97 · 10 24 · 1/(3,8 · 10 8 ) 2 N = 2,8 · 10 –3 N 29.6 Jeder Körper zieht die Erdemit der Kraft an, mit der er von der Erde angezogen wird. Wegen des 3. Newton´schen Axiomes sollte daher die Erde das gleiche Gewicht in Bezug auf diese Person haben (siehe auch Lösung zu 29.7!). 29.7 Da das „Gewicht der Erde“ für verschieden schwere Massen verschieden groß ist, ist es nicht sinnvoll, der Erde ein Gewicht zuzuord- nen (allenfalls könnte der Erde ein Gewicht in Bezug auf die Gravitation zur Sonne zugeord- net werden). 29.9 Da die Sonnenmasse mehr als 99% der Ge- samtmasse des Sonnensystems ausmacht, ist die Stabilität des Planetensystems durch diese spezielle Stellung der Planeten nicht gefähr- det. 34.1 und 34.2 Mond T r Io 1,77 d 4,22 · 10 8 m Europa 3,55 d 6,71 · 10 8 m Ganymed 7,16 d 1,07 · 10 9 m Callisto 16,69 d 1,88 · 10 9 m Mond T 2  / r 3 M (Jupiter) Io 3,11 · 10 –16 s 2 · m –3 1,90 · 10 27 kg Europa 3,11 · 10 –16 s 2 · m –3 1,90 · 10 27 kg Ganymed 3,12 · 10 –16 s 2 · m –3 1,90 · 10 27 kg Callisto 3,13 · 10 –16 s 2 · m –3 1,89 · 10 27 kg 34.3 M = 4 · r 2 · r 3 /( T 2 · G) = 4 · 3,14 2 · (1,5 · 10 11 ) 3 /((365 · 86400) 2 · 6,67 · 10 –11 kg) = 2 · 10 30 kg 34.4 v=√G ·M/r = , / 6 67 10 6 10 4 10 11 24 7 $ $ $ $ - ^ h m · s -1 = 3 · 10 3 m · s –1 g = 6,67 · 10 –11 · 6 · 10 24 /(4,37 · 10 7 ) 2 m · s –2 ≈ 0,3 m · s –2 34.5 r 3 = G · M · T 2 /(4 · r 2 ) Erde Mond Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv